Протягом десятиліть астрофізики намагалися розгадати загадку високоенергетичних космічних променів, які з прискоренням входять в атмосферу Землі. Це потоки частинок з певною енергією, що перевищує 57 ексаелектронвольт (ЕеВ). Нарешті, команді фізиків з університету Юти, вдалося визначити потенційне джерело цих променів.
Вони працювали з масивом телескопів Telescope Array, що складається з 507 детекторів частинок, які охоплюють 700 квадратних кілометрів пустелі в штаті Юта. Так вчені визначили “гарячу точку” поблизу нашої Галактики, яка, ймовірно, випромінює високоенергетичні промені. Незважаючи на те, що результати не визнані остаточно підтвердженими, вчені вже думають над тим, як вийшло, що джерело частинок всього одне.
Подібні спроби з пошуку дивного космічного випромінювача робилися і раніше, коли у 2007 році дослідники з обсерваторії П’єра Оже використовували ще більший масив детекторів в Аргентині. Тоді результати спостережень показали, що космічні промені надвисокої енергії виходять з серцевин деяких галактик. З іншими даними ця інформація не узгоджується, що ще більше ускладнює пошук.
Читайте також: Зонд » Планк» підтвердив побоювання вчених — темна енергія розірве Всесвіт
Команда з університету Юти глянула на проблему ширше і вирішила спочатку дізнатись, чи дійсно космічні промені прибувають з різних кінців Всесвіту в нерівномірних кількостях.
Досі невідомо, як космічні промені, що складаються переважно з протонів і важких атомних ядер, отримали енергію, яка в мільйони разів перевищує ту, яку досягали частинки будь0-коли в рукотворних прискорювачах. Промені з більш низькою енергією, вважається, що виникають зі збереження залишків зоряних вибухів – наднових. Але такі хмари занадто малі, щоб здійснити найбільш високоенергетичні космічні промені, які вчені коли-небудь спостерігали.
Дослідники вважають, що такі промені могли виникнути в результаті того, що частинки розганяються у певних природних прискорювачах протягом мільярдів років, після чого залишають їхні межі і випадково потрапляють на Землю. Коли космічний масив високих енергій проникає в атмосферу планети, він проривається під лавиною частинок з більш низькою енергією. Детектори реагують, внаслідок чого вчені отримують можливість встановити рівень енергії й навіть напрям руху частинок.
З 2008 по 2013 рік фізики зареєстрували 72 космічних промені з енергією вище 57 ексаелектронвольт. Зазначимо, що така енергія в 15 мільйонів разів перевищує максимальний рівень, який досягаємо за допомогою прискорювачів, побудованих людиною.
Як показали розрахунки, 19 із зареєстрованих променів походять з певної ділянки на зоряному небі з радіусом в 20°. Про це фізики відзвітували в статті, доступної на сайті препринтів arXiv.org.
“Цього сигналу недостатньо для того, щоб ми могли заявити про відкриття. Але ми побачили зростання статистичного рівня, що вже нас здивувало”, – говорить співавтор дослідження П’єр Сокольський (Pierre Sokolsky) з університету Юти.
Отримавши дані, фізики провели мільйони сеансів комп’ютерного моделювання, у ході яких вони встановили 72 точки, розташовані в довільному порядку на зоряному небі. Потім вони оцінили шанси, при яких кожна з цих точок могла бути джерелом високоенергетичних променів. Як з’ясувалося, середня ймовірність кожної точки дорівнювала одному до 2700.
Читайте також: Розгадана одна з таємниць, що оточують еволюцію галактик
Навіть якщо всі розрахунки виявилися правильними, і джерелом променів дійсно є область поблизу Чумацького Шляху радіусом до 20°, що саме це за джерело, як і раніше незрозуміло. Фізики вважають, що найбільш високоенергетичні космічні промені не можуть прийти з області, розташованої далі, ніж в 500 мільйонів світлових років від Землі, оскільки взаємодія з залишковим радіоактивним випромінюванням від Великого вибуху повинні були б погасити потоки частинок від більш далеких джерел.
“Ніякого очевидного кандидата у джерела випромінювання ми поки назвати не можемо. Ніщо у зазначеній сфері не підходить на роль природного прискорювача частинок. Однак у цій області є область з кількома галактиками, які могли б своїми магнітними полями дещо збільшити швидкість потоку частинок”, – говорить Сокольський.
Тим часом, ученим ще належить довести, що джерело випромінювання – реальний космічний об’єкт. В майбутньому Сокільський і його колеги планують збільшити кількість детекторів в масиві вдвічі і в чотири рази розширити площу обсерваторії. Модернізація дозволить їм зібрати в п’ять разів більше даних протягом декількох років і знайти більше відповідей на поставлені питання.